雅康高速公路智能交通管控系统探究

程起光 黄兵 曾德利 袁龙涛

（四川雅康高速公路有限责任公司，四川 成都 610000）

一、引言

智能交通管控系统有别于智能交通系统，主要用于交通管理。智能交通管控系统能够通过云计算、大数据、互联网、导航定位等现代信息技术的集成与应用，将公路路产路权维护与养护、路网运行监测、应急调度指挥、动态违法打击等核心业务有效融合，为交通管理者分析、研判、决策、指挥提供科学依据，从而提前部署并处置相关交通事件，实现交通管理由被动向主动的根本转变[1-3]。

二、雅康高速公路智能交通管控系统建设背景

（一）雅康高速公路概况

雅康高速公路全长135km，路线攀升约2000m，桥隧比约82%。项目主要包括二郎山隧道、大渡河特大桥、喇叭河隧道群及泸康段隧道群等控制性工程。冰雨雪雾路段、连续下坡路段、超长隧道及隧道群和横风路段组合出现，是全国桥隧比最高、运营难度最大的山区高速公路之一。目前，雅康高速全线安装摄像机约1861个、气象站23个、隧道CO/VI检测仪及风速风向测试仪、长大桥及高边坡监测仪等设施设备若干，已基本实现全路段视频监控覆盖、重大桥隧实时监测、高边坡监测及重点路段气象监测等功能，有效提升了监测、预警能力。

（二）雅康高速公路交通管控现状与需求

1.运营安全现状

雅康高速公路运营安全管理具有六个极其显著的特点。分别是地质条件极其复杂、路段情况极其多变、气象条件极其恶劣、车流量极其巨大、应急保障极其频繁、应急救援极其艰巨。

2.超前辅助决策缺乏综合信息和数据支持

雅康高速公路甚至四川省运营高速公路均未完全建立智能交通管控系统，其他信息化系统众多且各自独立，数据信息孤岛化严重，安全运行预警关口无法前移，人工管理成本突出，预警预防作业弱化，运营安全风险较大。

3.影响交通自然流的思考

随着社会经济的发展，我国私家车保有量大幅增加，尤其在“黄金假期”和旅游旺季，高速堵车成为常态。造成雅康高速堵车的原因除特殊地理位置、巨大车流量外，还有频发的交通事故、常规性的养护施工作业、变化无常的气候环境、偶发的地质灾害等[4]，更重要的是缺乏科学、合理、有效的智能化管制手段。这些都对雅康高速安全运维管控提出了严峻挑战，急需新思路、新手段、新技术来应对管理压力。

图1 雅康高速智能交通管控系统需求分析

三、系统总体思路与建设框架

（一）系统总体思路

雅康高速智能交通管控系统融合了人工智能、大数据分析、物联网、无人机倾斜摄影建模等高新技术，调用高德、百度等交通出行大数据，充分利用已有设备设施（如：卡口监控系统、LED情报板）及影响车辆通行的各种成因（地质灾害监测信息、交通事故信息、气象环境信息、路产路权维护及养护信息等）实现道路实景模型+实时画面监控、实时车流量监测、外线车流量预测、车辆类型识别与信息采集、道路压力测算、道路预警信息调控及发布等。其他相关功能模块可协议解析，互联互通。

图2 雅康高速智能交通管控系统解决方案

（二）系统建设框架

智能交通管控系统采用纵横架构，其中横向为六层，纵向包括三个体系，为“六层三体系”架构。

“六层”系指：路段基础设施层、计算资源层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、门户层。

“三体系”系指：信息安全体系、标准规范体系、管理制度体系。

四、多源信息融合技术在雅康高速的创新

（一）车流预测模型

以大数据为基础,图流计算为抽象模型,机器学习技术为实施路线,直接估计车辆平均速率等从宏观层面刻画交通拥堵的技术指标。将雅康高速按节点划分路段的交通拥堵指标抽象为图结构,其随时间变化形成图流，在数据量足够多和广的条件下(覆盖节假日,交通事故,雨雾、地质灾害、涉路施工等各种通行要素),通过机器学习生成预测模型。

（二）AI视觉分析技术—危化车识别及多屏联动预警

采用AI技术，加载深度学习算法，对车辆提取多达4000维度的细微特征，精准识别危化车辆，准确率高达99%。支持监控中心语音预警、车辆定位、远程抓拍、情报板联动预警等功能。

（三）物联网技术

构建雅康高速Safe-Iot小型物联网平台，通过协议转换或协议对接接入巡逻车定位、视频监控、可变情报板发布、北斗高精度地质灾害监测、环境监测设备、雨雪雾监测设备、机电设施设备、施工养护等多类型设备及系统，数据统一接入物联网平台，接入影响车辆通行成因分析模型。

（四）小区间分析技术

将高速公路分成若干小区间段，利用ETC门架数据（或在ETC门架加装摄像头）、交通卡口数据，将高速公路网格化，最小区间可到1km，实时刻画每个小区间内的交通状况。系统设计实时车流车型采集、道路压力值学习、交通事故识别、气象数据采集、车流预测、车流数据分析、通行数据分析、预警预报八个模块。

（五）北斗高精度定位技术

运用具有国家自主知识产权的北斗卫星导航系统高精度定位技术，对雅康高速公路全面的地质灾害隐患点和主要桥梁、隧道实施24小时无人值守自动化形变监测，其监测精度可达水平±2mm，高程±4mm。

（六）三维可视化技术

采用无人机倾斜摄影、三维地理信息及DEM与DOM拼接构建模型技术，结合数据定向、纹理匹配等技术，形成雅康高速的三维GIS模型。实现通行车辆及设备设施（如：视频监控、可变情报板、气象环境监测、机电设备等）可视化展示、地图放大、地图缩小、地图平移、地图翻转、地图滑动、地图旋转、分屏对比查看、地图打印、空间量算、地形分析、道路浏览检索等功能，实现雅康高速智能分流的三维可视化指挥。

五、智能管控系统在雅康高速的实际应用效果

智能管控系统通过在雅康高速实际运行测试，总体性能达到了预期设计目标，在三维可视化管控、交通监测、危化品运输车辆通行预警及大数据融合分析方面取得较好效果。系统应用如下：

（一）三维可视化大平台

图4 三维可视化大平台

通过定位系统采集项目地理信息，运用三维倾斜摄像和手工建模技术实现雅康高速平安智慧交通系统的可视化调度，通过模型计算分析直观显示车辆行驶位置、机电设备设施状态及控制（如：风机、消火栓、LED情报板、电力电缆等）、实时视频监控投影及控制、环境和地质灾害监测设备实时数据等。

（二）车流量监测

图5 车流量监测

外网预测，即通过调用高德、百度交通出行大数据，对成雅、雅西、乐雅、国道318线等与雅康高速有交叉接点的路段做出流量预测；路段监测，即将路段划分成若干段落，通过监控设备，对路段上行线、下行线和段落区间的车流实时监测和统计；分段面预设道路压力级别并加入学习功能，结合大数据分析自动调整道路压力值；根据不同断面、不同道路压力智能调用分流预案，由“五岗合一”指挥中心发布相关工作指令。

（三）车辆信息采集

图6 车辆信息采集

通过AI智能摄像机，及时采集路段（或区间段落）内通行车辆车型、车体颜色、车牌信息、车辆瞬时速度等通行信息。

（四）危化品运输车辆通行预警

图7 危化品运输车辆通行预警

雅康高速全路段限制危化品运输车辆通行，故在两处高接高枢纽互通（草坝互通、对岩互通）设置卡口设备，通过对车辆识别与校验算法，与临近情报板联动，将误入的危化品运输车辆就近快速引导出站。

（五）大数据融合分析

图8 多源信息融合大数据分析及应用

通过中心云平台融合多源信息实现车流信息与影响车辆通行的系统数据（地质灾害、交通事故、环境气象施工养护等）无缝对接，综合分析车辆通行要素；借助车流量分析等数据，深度挖掘雅康高速易堵路段、易堵时间及安全事故易发类型、地点、时间、诱因等综合交通大数据。

六、结语

雅康高速智能交通管控系统具有可视化大平台、实景地图地理信息、车辆态势感知、实时车流量监测、车量信息采集、隧道（服务区）实时车流量、外线车流预测、车辆运行动态违法打击等功能，同时接入影响车辆通行的成因数据（实时环境监测、交通事件、地质灾害信息、养护信息等）、大数据分析与辅助决策等功能模块。通过雅康智能交通管理系统的建设，使“五岗合一、会商决策”的共管共治机制更加精准和高效，大大提高对雅康高速及通行车辆的安全管控和应急保障能力，真正实现全时空精准管控。